Kernpunten van vloeistofkoeling in de evolutie en praktische toepassingen van AI-computerkracht
Sep 25, 2024
Laat een bericht achter
Door de snelle ontwikkeling van technologieën als kunstmatige intelligentie, big data en grote modellen is de afgelopen jaren de vraag naar efficiënte koeling gestaag toegenomen. Vloeistofkoelingstechnologie heeft brede aandacht en toepassing gekregen. Veel bekende bedrijven hebben geïnvesteerd in onderzoek en toepassing van vloeistofkoelingstechnologie, waardoor de voortdurende innovatie en ontwikkeling ervan is gestimuleerd. De toepassing van vloeistofkoelingstechnologie breidt zich ook geleidelijk uit op gebieden als 5G-communicatie en edge computing, wat een sterke ondersteuning biedt voor hun groei.
Volgens marktonderzoeksbureaus wordt verwacht dat de mondiale markt voor vloeistofkoeling de komende jaren snel zal blijven groeien en tegen 2025 miljarden dollars zal bereiken. Op de Chinese markt neemt ook de toepassing van vloeistofkoelingstechnologie geleidelijk toe en wordt de marktomvang steeds groter. zal naar verwachting de komende jaren verdubbelen.
I Evolutie van computerkracht en koeling
In de evolutie van rekenkracht speelt koeling een cruciale rol. Elke grote doorbraak op het gebied van rekenkracht gaat vaak gepaard met verbeteringen in de koeltechnologie. In het begin was luchtkoeling de belangrijkste methode, waarbij ventilatoren werden gebruikt om lucht te verplaatsen en warmte af te voeren. Dit is een meer traditionele en gebruikelijke koelmethode.
Naarmate de rekenkracht toenam en de warmteopwekking groeide, ontstond er een efficiëntere heatpipe-koelingstechnologie. Warmtepijpen dragen warmte over door de verdamping en condensatie van een werkvloeistof, wat een goede thermische geleidbaarheid oplevert. De technologie voor vloeistofkoeling kreeg geleidelijk meer bekendheid, waarbij warmte effectief werd geabsorbeerd en overgedragen via circulerende vloeistof, wat een hogere efficiëntie opleverde in vergelijking met luchtkoeling. Naarmate de computerbehoeften in heterogene HPC- en AI-systemen blijven groeien, wordt het belang van vloeistofkoeling steeds duidelijker.
▲ Achter de evolutie van de koeltechnologie schuilt de voortdurende lteratie van chiptechnologie
Geavanceerde verpakkingen zijn een cruciaal pad geworden voor het uitbreiden van de wet van Moore nu halfgeleiderprocessen fysieke grenzen naderen. Naast het verkleinen van de apparaatgrootte door middel van procestechnologieën, het ontwikkelen van nieuwe materialen en het verbeteren van circuitstructuren om de transistordichtheid te verbeteren, is het veranderen van verpakkingsmethoden om de capaciteit van geïntegreerde schakelingen te vergroten ook een belangrijke richting. In scenario's zoals multi-chip 2.5D- en 3D-verpakkingen, die de systeemprestaties verbeteren, wordt vloeistofkoeling onmisbaar in hoogefficiënte koeloplossingen, omdat het systeemvermogen en de warmtedichtheid toenemen in computernetwerkframeworks.
Terwijl AI-training en gevolgtrekking computernetwerkarchitecturen reconstrueren, is de groeisnelheid van grote modelparameters aanzienlijk sneller dan die van GPU-geheugen. Hoge integratie, groot geheugen en multi-GPU-systemen zijn beter geschikt voor training en gevolgtrekking van grote modellen. Met de aanzienlijk toegenomen chipdichtheid in AIDC-kasten is de evolutie van traditionele koeling naar efficiënte vloeistofkoeling onvermijdelijk.
▲ AIDC-kasten
II Toepassingsscenario's en technologie van vloeistofkoeling
Op chipniveau, wanneer het typische stroomverbruik van een chip hoger is dan 300 W, is vloeistofkoeling vereist om ervoor te zorgen dat er rekenkracht vrijkomt. Op systeemniveau is het vermogen van AI-servers toegenomen van het niveau van 10 kW naar tientallen kW per kast, waardoor er een dringende behoefte is ontstaan aan vloeistofkoeling. Op datacenterniveau is de enige manier om de IDC PUE van boven de 1,5 naar 1,2 te verlagen het gebruik van vloeistofkoeling.
Momenteel omvatten de reguliere vloeistofkoelingsoplossingen in China koude plaat-, onderdompelings- en spraytypes, waarbij koude plaat de meest gebruikte is.
▲ Koudeplaat-, onderdompelings- en spuittypes
▲ Koude plaat, faseverandering, eenfasige onderdompeling en sproeikoeling
Naarmate de vraag naar computerprestaties toeneemt, speelt vloeistofkoelingtechnologie een cruciale rol in de volgende belangrijke toepassingsscenario's:
1. Datacenters:Koelservers en andere IT-apparatuur om de energie-efficiëntie te verbeteren en de bedrijfskosten te verlagen.
2. Supercomputers:Het verwerken van grootschalige computertaken om hoge prestaties en stabiliteit te garanderen.
3. Kunstmatige intelligentie:Trainen en uitvoeren van deep learning-modellen om de berekeningen te versnellen.
4. Medische hulpmiddelen:Apparatuur zoals MRI-machines op bedrijfstemperatuur houden.
5. Industriële productie:Koelverwerkingsapparatuur om de productie-efficiëntie en productkwaliteit te verbeteren.
6. Elektrisch voertuig:Koelaccu's om de levensduur van de accu te verlengen en de veiligheid te verbeteren.
7. Lucht- en ruimtevaart:Koelelektronica en motoronderdelen.
8. Onderzoek:Koelen van diverse experimentele apparatuur.
9. Spelcomputers:Het leveren van hoogwaardige koeloplossingen.
10. Cryptocurrency-mijnbouw:Onderhouden van een efficiënte werking van mijnbouwapparatuur.
III Ontwikkelingstrends in vloeistofkoelingtechnologie
In de context van energiebesparing en emissiereductie worden de voordelen van vloeistofkoelingstechnologie geleidelijk duidelijk, en komen er verschillende nieuwe trends naar voren:
1. Hogere efficiëntie:Continue verbetering van de koelefficiëntie om aan de groeiende computerbehoeften te voldoen.
2. Lager energieverbruik:Vermindering van het energieverbruik door geoptimaliseerd ontwerp en materialen.
3. Bredere toepassingen:Uitbreiding naar meer gebieden zoals 5G-communicatie en edge computing.
4. Slim beheer:Realiseren van intelligente monitoring en beheer van vloeistofkoelsystemen.
5. Milieuduurzaamheid:Gebruik van milieuvriendelijke koelvloeistoffen en materialen.
6. Geïntegreerd ontwerp:Integratie met andere technologieën om de algehele systeemprestaties te verbeteren.
7. Kostenreductie:Het verlagen van de kosten naarmate de technologie volwassener wordt en schaalbaarder wordt.
8. Verbeterde betrouwbaarheid:Verbetering van de algehele betrouwbaarheid en stabiliteit van vloeistofkoelsystemen.
9. Maatwerkoplossingen:Het leveren van op maat gemaakte vloeistofkoelingoplossingen voor verschillende toepassingsscenario's.
10. Warmteterugwinning:Onderzoek naar het hergebruik van warmte gegenereerd door vloeistofkoelsystemen.
IV Kenmerken en toepassingsscenario's van gangbare vloeistofkoelingtechnologieën
▲ Kenmerken en toepassingsscenario's van gangbare vloeistofkoelingtechnologieën
V De limiet van computerkracht is elektriciteit
Als we het hebben over ‘East Data West Computation’, aangezien IDC/AIDC industrieën zijn die veel energie verbruiken, is het matchen van rekenkracht met elektriciteit een praktische noodzaak. Volgens Omdia 2020 is het mondiale elektriciteitsverbruik van datacenters goed voor 2% van het totale elektriciteitsverbruik van de samenleving.
PUE is een belangrijke standaard voor het evalueren van de economische haalbaarheid en het energieverbruik van IDC-projecten. "East Data West Computation" vereist een PUE-niveau van het datacenter dat hoger is dan de huidige normen (waarvoor doorgaans een PUE van ongeveer 1,2 vereist is voor nationale projecten). De kern van het bereiken van energiebesparende doelstellingen ligt in energiebesparende apparatuur voor temperatuurregeling. "East Data West Computation" betekent een aanzienlijke toename van het algehele computerkrachtniveau van China, en de vraag naar ondersteunende temperatuurregelingskoeling en energiebesparende apparatuur zal tegelijkertijd toenemen.
PUE=IDC totaal energieverbruik / energieverbruik van IT-apparatuur
Energieverbruik van IT-apparatuur=nominaal vermogen per kast × aantal actieve kasten × 24 uur × aantal dagen per jaar × belastingsfactor
VI Verbetering van de economische aspecten van vloeistofkoeling
Door de kostenstructuur van AIDC te doorbreken, heeft de penetratie van vloeistofkoeling al economische levensvatbaarheid aangetoond, dankzij de vermogensdichtheid in plaats van alleen de kosten van vloeistofkoeling.
Vanuit het Capex-perspectief:de kosten voor constructie (ruimtekosten), stroomdistributie (stroomcapaciteit) en apparatuurkosten voor thermisch beheer (luchtkoeling of vloeistofkoeling) vormen het grootste deel van de initiële investering (de ICT-apparatuur niet meegerekend, kostenaandeel > 50%).
Vanuit het Opex-perspectief:elektriciteit en afschrijvingen zijn de belangrijkste lopende operationele kosten (kostenaandeel kan meer dan 80%) bedragen.
De kernfactor bij het meten van de economische voordelen van vloeistofkoeling ligt in de elektriciteitsbesparingen die worden bereikt door PUE-optimalisatie en verhoogde dichtheid, en of deze de extra initiële investeringen in apparatuur kunnen compenseren.
▲ Methode om de economie van vloeistofkoeling te verbeteren
VII Het logische raamwerk van de economie van vloeistofkoeling
Bij traditionele IDC-bouwkosten zijn constructie, stroomdistributie en airconditioning de belangrijkste factoren die de economische haalbaarheid van het project beïnvloeden. Naarmate de vermogensdichtheid van kasten toeneemt, is de invloed van de Capex van stroomapparatuur en de jaarlijkse Opex voor elektriciteit in het IDC-bedrijfsmodel aanzienlijk toegenomen.
▲ Het logische raamwerk van de economie van vloeistofkoeling
VIII Vloeistofkoeling voor computerkracht
Net als bij het AI-rekenkrachtsysteem vereist de efficiënte en stabiele werking van energieopslagsystemen ook strikte temperatuur- en vochtigheidsomstandigheden. Temperatuur heeft een directe invloed op de batterijcapaciteit en de achteruitgang van de efficiëntie, en houdt rechtstreeks verband met thermal runaway-incidenten. Momenteel omvatten de reguliere koeltechnologieën voor energieopslag luchtkoeling, vloeistofkoeling, heatpipe-koeling en faseveranderingskoeling. Lucht- en vloeistofkoeling zijn de mainstream in de industrie.
Volgens China Energy Storage Network zijn de batterijkosten in energieopslagsystemen goed voor ongeveer 55%, PCS ongeveer 20%, BMS en EMS samen ongeveer 11%, en variëren de kosten van thermisch beheer tussen 2-4 % afhankelijk van de gekozen koeltechnologie.
Met de bouw van energieopslagstations met grote capaciteit en hoge dichtheid, zoals nieuwe energiecentrales en off-grid opslag, aangedreven door grote energiegroepen en grote systeemintegrators, neemt de penetratie van vloeistofkoeling in energieopslag toe. De uitbreiding van de temperatuurregeling voor energieopslag van IDC-precisietemperatuurregeling, industriële temperatuurregeling en nieuwe temperatuurregeling voor energievoertuigen suggereert mogelijke toekomstige ontwikkelingen.
▲ Energieopslagsystemen
De stroomafwaartse concentratie van de sector voor temperatuurbeheersing van energieopslag is hoog, met een sterke onderhandelingsmacht en onderhandelingsmacht. Zodra een leveringskwalificatie is vastgesteld, is de relatie hecht, waardoor de voordelen van de first mover belangrijk zijn. Certificering van kernfabrikanten van AI-chips en terminals, samen met servicemogelijkheden, vormen de belangrijkste toegangsbarrières voor vloeistofkoeling op het gebied van rekenkracht.
De grootschalige toepassing van lucht- en vloeistofkoelsystemen bij energieopslag, samen met de snelle groei van de vraag, maakt productleveringsmogelijkheden en kostenbeheersing van cruciaal belang. Het verlagen van de ICT- en IDC-investeringskosten door middel van productie en kostenbeheersing is essentieel.
Naarmate de opslagcapaciteit toeneemt, worden de eisen aan productaanpassing sterker. Vloeistofkoelsystemen vereisen een hoge mate van maatwerk wat betreft het aantal stroompaden, stroomsnelheden en stroomsnelheden, wat klanten ertoe aanzet fabrikanten te kiezen met co-designmogelijkheden. Het componentensegment richt zich op gestandaardiseerde producten met aanzienlijke prestatieverschillen tussen producten, terwijl het systeemsegment zich richt op niet-standaardproducten, waarvoor inzicht in thermische beheertechnologie en kennis van ICT- en IDC-systemen vereist is.
Ⅸ Hoe u de juiste vloeistofkoelingtechnologie kiest
Bij het kiezen van de juiste vloeistofkoelingstechnologie moet rekening worden gehouden met de volgende factoren:
- Koelbehoeften:Bepaal de koelvereisten van uw apparatuur of systeem. Verschillende toepassingen en apparaten stellen verschillende eisen aan de koeling, zoals krachtige computers, datacenters of gaming-pc's, die mogelijk sterkere koeling nodig hebben.
- Technologietype:Begrijp de verschillende soorten vloeistofkoelingstechnologieën, zoals koude plaat-, onderdompelings- en spraytypes. Elke technologie heeft zijn eigen kenmerken en toepassingsgebieden, die een zorgvuldige selectie vereisen op basis van specifieke behoeften.
- Kosten:Vloeistofkoelingstechnologie brengt doorgaans hogere kosten met zich mee, inclusief apparatuur-, installatie- en onderhoudskosten. Kies een technologie die bij uw budget past.
- Ruimtevereisten:Vloeistofkoelsystemen hebben vaak wat ruimte nodig voor installatie en bediening. Houd rekening met de afmetingen en ruimtebeperkingen van uw apparatuur.
- Betrouwbaarheid en onderhoud:Kies betrouwbare vloeistofkoelingstechnologie en leveranciers om de stabiliteit en betrouwbaarheid van het systeem te garanderen. Begrijp de onderhoudsvereisten van het systeem om het dagelijkse onderhoud en het oplossen van problemen te vergemakkelijken.
- Verenigbaarheid:Zorg ervoor dat de vloeistofkoelingstechnologie compatibel is met uw apparatuur en componenten zonder schade aan andere onderdelen te veroorzaken.
- Prestaties en efficiëntie:Vergelijk de koelprestaties en efficiëntie van verschillende vloeistofkoelingtechnologieën en kies degene die aan uw behoeften voldoet.
- Milieu- en veiligheidsoverwegingen:Houd rekening met de impact op het milieu en de veiligheid van de vloeistofkoelingstechnologie en kies voor milieuvriendelijke, niet-giftige en niet-ontvlambare koelmiddelen.
- Technische ondersteuning en services:Kies een leverancier die goede technische ondersteuning en after-sales service biedt, zodat u problemen snel kunt oplossen.
Rekening houdend met al deze factoren, kunt u de meest geschikte vloeistofkoelingstechnologie voor uw behoeften kiezen. Voordat u een beslissing neemt, is het raadzaam om professionele leveranciers van vloeistofkoelingstechnologie te raadplegen voor meer gedetailleerde informatie en aanbevelingen.
Naarmate de technologie vordert, zal de vloeistofkoelingstechnologie volwassener en wijdverspreider worden, waarbij de toepassingen voortdurend toenemen. In de toekomst kan vloeistofkoeling worden geïntegreerd met AI en IoT, wat leidt tot intelligenter warmtebeheer. De ontwikkeling van vloeistofkoelingstechnologie zal meer kansen en uitdagingen voor verschillende industrieën met zich meebrengen, wat voortdurende innovatie en onderzoek vereist.